Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ điều khiển CNC mở (OPEN CNC) cho máy phay 3 trục

Nội dung text: Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ điều khiển CNC mở (OPEN CNC) cho máy phay 3 trục

1. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN CNC MỞ (OPEN CNC) CHO MÁY PHAY 3 TRỤC PGS TS Nguyễn Ngọc Phương (1) Khuất Anh Vũ (2) (1)Đại học sư phạm kỹ thuật TPHCM (2) HV cao học ngành kỹ thuật cơ khí TÓM TẮT Hầu hết các máy CNC ở Việt Nam là các máy CNC cũ nhập về từ các nước khác như Đức, Nhật các máy này đều có phần cơ khí vẫn còn tốt nhưng hệ thống điều khiển lỗi thời hoặc hư hỏng không thể sữa chữa, như vậy muốn cập nhật đầy đủ các tính năng của hệ thống điều khiển thì gặp nhiều khó khăn do phải phụ thuộc vào nhà sản xuất. Do đó kiến trúc hệ điều khiển hệ mở sẽ giải quyết được các khó khăn nêu trên. Bài báo này giới thiệu các kết quả đạt được trong nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ điều khiển CNC mở (OPEN CNC) cho máy phay 3 trục. Từ khóa: CNC, OPEN CNC, bộ điều khiển CNC, máy CNC 3 trục ABSTRACT Most CNC machines in Vietnam is the old CNC machines imported from other countries such as Germany, Japan these machines are still good but mechanical control systems obsolete or unfit for milk fire, so to fully update the features of the control system is difficult due to dependence on the manufacturer. Thus the control system architecture open system will solve the problems mentioned above. This paper introduces the results of the study design and manufacture of CNC controllers open (OPEN CNC) for 3-axis milling machine. Keywords: CNC, OPEN CNC, CNC controller, CNC 3 Axis
2. 1. GIỚI THIỆU để làm việc và rất khó bán được, chi phí nâng cấp thì quá cao. Đây chính Các máy công cụ CNC thông là một bất cập của các máy CNC thường có những phần cứng và phần thông thường có cấu trúc đóng đối mềm độc quyền nên đối với người với nhu cầu nâng cấp thường xuyên sử dụng, chúng giống như những của sản xuất.Mặt khác khi máy có chiếc hộp đen. Những người sử hỏng hóc hoặc cần thay thế phụ dụng buộc phải làm việc với những tùng, người sử dụng phải lệ thuộc thư viện các chức năng có giới hạn. hoàn toàn vào nhà cung cấp máy. Những thư viện chức năng này có Thời gian chờ nhân viên bảo trì sửa thể đáp ứng được nhu cầu của người chữa hoặc chờ đặt mua những phụ sử dụng trong quá trình sản tùng độc quyền sẽ kéo dài thời gian xuất.Nhưng khi muốn mở rộng một ngừng máy gây thiệt hại lớn về kinh số tính năng mới (Ví dụ như thêm tế. Dịch vụ bảo trì và phí sửa chữa vào hệ thống một cảm biến mới để độc quyền thường cao. Chính vì kiểm soát một thông số nào đó trong những lý do khó khăn bất cập được quá trình sản xuất) thì không thể. nêu trên thì bộ điều khiển CNC mở Những hệ thống CNC này có tính (OPEN CNC) chính là giải pháp giải linh hoạt bị giới hạn và không đáp quyết các khó khăn trên.Vì những ứng được những yêu cầu ngày càng thành công to lớn mà cấu trúc mở tăng cao của khách hàng. đã đạt được trong ngành máy tính và Trên thế giới có rất nhiều máy công những ưu điểm của nó, các công ty cụ CNC còn ở trong điều kiện cơ khí và nhà nghiên cứu muốn áp dụng nó rất tốt nhưng bộ điều khiển đã lỗi vào lĩnh vực điều khiển. Máy công thời và chỉ có thể vận hành với hiệu cụ điều khiển số CNC, hệ thống suất kém so với những bộ điều khiển PLC, robot là những hệ thống đang mới nhất. Có thể làm gì với những được quan tâm nghiên cứu để áp máy CNC này khi chúng không có dụng vào cấu trúc mở. đủ hiệu suất
3. Có 3 cách mở đối với hệ điều Cách mở thứ 3 là cách mở là khiển CNC [1] nhà cung cấp trung gian. Trong trường hợp này, một tập hợp các Cách thứ 1 có giao diện người- công ty, tổ chức liên hiệp lại và xác máy mở. Đây là cách thông dụng và định tất cả các phương thức giao tiếp cần thiết hiện nay (Human machine của những môđun phần mềm điều interface-HMI). Hầu hết các nhà khiển khác nhau, bao gồm cả phần cung cấp ( như GE Fanuc Sienmens) thời gian thực ( như điều khiển đưa ra đặc điểm dựa trên nền PC và chuyển động, điều khiển trục). môi trường Window kết hợp với điều khiển để giải quyết nhiệm vụ chuyển động trong thời gian thực. Cách thứ 2 là nhà cung cấp đưa ra phương pháp mở đối với giao diện và cả phần điều khiển số (NC Hình 1: Cách mở khác nhau của hệ kernel). Có nhiều nhà sản xuất nhỏ thống điều khiển có giải pháp dựa trên máy tính và 2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG card xử lý tín hiệu số để điều khiển CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN chuyển động. Một số nhà cung cấp khác chạy hệ điều hành thời gian Mạch giao tiếp(Breakout) nhận thực song song với hệ điều hành thông tin điều khiển từ PC sau đó Windows trên cùng một vi xử lý. Có truyền đến các mạch điều khiển thể hiểu ngắn gọn là nhà cung cấp động cơ bước của 3, trực tiếp đến tạo ra một thư viện các hàm API cho các mạch điều khiển động cơ bước khách hàng mình sử dụng vào những sẽ truyền các xung điều khiển đến ứng dụng riêng vào từng nhu cầu động cơ và thực hiện chuyển động. [1]. Trong khi di chuyển khi chạm công tắc giới hạn, thì mạch Breakout sẽ
4. nhận thông tin và truyền lại PC và sẽ Cấu trúc khung ở dạng khung phát lệnh ngừng di chuyển .[2] hình cầu trục. Khung máy và bàn máy được làm bằng nhôm định hình. Việc truyền động trục X, Y, Z sử dụng bộ truyền vitme đai ốc bi có dẫn hướng. Cơ cấu dẫn hướng của các trục sử dụng sống lăn bi. Hình 2: Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển Nhìn vào sơ đồ nguyên lý ta thấy thành phần chính của bộ điều khiển là mạch breakout và mạch driver điều khiển đông cơ. 3. THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA Hình 4: Khung máy khi hoàn MÁY PHAY CNC MÔ HÌNH SỬ thiện. DỤNG HỆ ĐIỀU KHIỂN MỞ. 3.2. MẠCH ĐIỀU KHIỂN 3.1. PHẦN KHUNG MÁY 3.2.1 Mạch Breakout Nhiệm vụ của mạch breakout là giao tiếp với PC thông qua cổng LPT, công tắc hành trình, công tắc khẩn và các driver của động cơ của các trục sau đây là mạch nguyên lý của mạch breakout. [2] Hình 3: Phần khung máy khi thiết kế
5. GIAO DIỆN NGƯỜI DÙNG (PANEL ĐIỀU KHIỂN) THEO DÕI BIÊN DỊCH G-CODE QUÁ TRÌNH GIA CÔNG ĐIỀU KHIỂN Hình 5 Mạch Breakout CHUYỂN ĐỘNG 3.2.2 Mạch driver động cơ bước Hình 7 Cấu trúc phần mềm điều Nhiệm vụ của mạch driver khiển động cơ bước là điều khiển các động cơ của 3 trục, mạch driver này sử 3.3.2 Giao diện của phần mềm dụng IC số TB6560 để điều khiển. điều khiển Hình 6 Mạch driver 3.3 PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN Hình 8: Giao diện chính phần mềm điều khiển 3.3.1 Cấu trúc phần mềm điều khiển
6. 4. KẾT LUẬN [3] PGS.TS Nguyễn Ngọc Phương (HD) , Khuất Anh Vũ Nghiên cứu Bài báo giới thiệu việc thiết kế và thiết kế bộ điều khiển hệ mở (OPEN chế tạo máy phay cnc mô hình dựa CNC) để điều khiển máy phay 3 trên hệ điều khiển hệ mở.Máy đã trục, LVTN, ĐH SPKT Tp.HCM, được chế tạo và kiểm nghiệm đạt 2013. yêu cầu kỹ thuật (hình 9).Trong thực tế ta có thể chế tạo máy CNC theo [2] TS Nguyễn Ngọc Phương Sổ Tay dạng cấu trúc hệ mở này. lập trình CNC Nxb: Đà Nẵng năm 2008 [4] Nacsa J, Intelligent Open CNC System Based on the Knowledge Server Concept, In: Digital Enterprise Challenges, Kluwer Academic Publisher, 2001 [5] Nacsa J, Haidegger G, Built-in Hình 9 : Máy phay CNC (mô hình). Intelligent Control Applications of Open CNCs, In: Proc. Of the Second World Congress on Intelligent TÀI LIỆU THAM KHẢO Manufacturing Processes and [1] TS Thái Thị Thu Hà Nghiên cứu Systems, Budapest, Hungary, 1997 Thiết kế chế tạo các bộ điều khiển số(CNC) thông minh và chuyên dụng cho các hệ thống và quá trình phức tạp,Đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước ,DH Bách Khoa TP.HCM 2006
7. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.